论文:基于宽带接入技术的分析及应用


     吉林大学远程教育 本科生毕业论文(设计) 中文题目基于宽带接入技术的分析及应用 学生姓名 专业 层次年级 学号 指导教师 职称 学习中心 成绩 2018年 10 月 9 日 摘 要 伴随现代宽带技术的快速发展,客户对宽带业务的接入要求也随之增加,那么就迫切要求各个运营商去构建一个高速率、稳定安全、可靠的宽带接入网络。本文通过对现有的主流有线、无线宽带接入技术进行深入细致分析和研究,对它们特点和应用技术进行分析比较,主要是针对有线和无线两种类型宽带接入方式的优缺点,然后以广电有线宽带接入案例进行分析研究,总结归纳了现行的网络结构中所存在的问题,进行深入的分析并提出了优化方案。 关键词:宽带、接入技术、有线、无线、广电 目 录 导言 3 正文 3 1.接入技术综述 3 2.主流有线宽带接入技术 4 2.1 SDH/MSTP技术 4 2.2 无源光网络(xPON)接入技术 6 2.3 分组传送网(PTN) 6 3.无线宽带接入技术 8 3.1 标准成熟度 9 3.2 商用化成熟度 9 4. 有线、无线接入技术比较分析 10 4.1 空间设置 10 4.2 传输质量 10 4.3 灵活性能 11 4.4 故障排查 11 4.5 安全性能 11 5. 广电有线宽带接入案例 11 5.1 广电有线宽带接入网络现状及存在问题 12 5.2 宽带接入网络优化方案 12 总结 13 参考文献 14 致谢 14 导言 宽带接入技术是面对NGN、NGI以及IP业务迅猛发展的关键环节,当前各种宽带接入技术及市场发展情况怎样?这是业界关注的热点问题。本文首先介绍了当前宽带业务市场的一些情况,然后对现有的主流有线、无线宽带接入技术进行深入细致分析和研究,对它们特点和应用技术进行分析比较,主要是针对有线和无线两种类型宽带接入方式的优缺点,然后以广电有线宽带接入案例进行分析研究,总结归纳了现行的网络结构中所存在的问题,进行深入的分析并提出了优化方案。 正文 1.接入技术综述 从2003年开始,我国的宽带业务得到了快速发展,一跃成为电信行业业务迅速增加的主力军,大力发展宽带业务也成为电信行业运营商的重大抉择。因此,各个运营商也开始将宽带业务接入的网络建设,放到了企业长期发展的战略上来。 接入方式,从接入业务的角度看,可简单地分为适用于窄带业务的接入网技术和适用于宽带业务的接入网技术。从用户入网方式角度来看,Internet接入技术可以分为有线接入和无线接入两大类。最近几年,国内外宽带接入网的工作开展十分很快,然而,到现在为止没有制定一项大家公认的绝对主导的宽带接入技术,其中包含接入网对成本、相关法律法规、宽带接入技术等均很敏感。从全球来看,以内铜缆接入的ADSL光纤、同轴混合网(HFC)、以太网暂时是三足鼎立。如图1-1所示: 图1-1 全球范围内使用宽带接入技术比例图 从图1-1,我们不难看出现在ADSL的使用这种方法的数量已经超过HFC和以太网成为主流的宽带接入技术。但是从目前客户发展的需求来看,ADSL在很多技术上仍然改进,例如宽带网管能力的增强等。 从长远的发展上面来看,比较理想的宽带接入方式是:光纤接入网和无源光网络。还有就是光纤到户(FTTH)可能成为是最佳的处理方法,另一个刚刚凸显出发展前途的移动无线宽带接入技术(WiMAX),其开发的重点是802.16e在传递速率和而且其比3G更加节约成本,但是移动无线宽带接入技术在移动性和覆盖面这些方面远远不如3G。 根据宽带接入的不同的驱动力量,我们能将其归纳为以下几个方面:在业务方面上,在业务新收入和新商务方案的驱动;在技术方面上,新技术进步和创新科技的驱动;在竞争方面上,有线电视和其他同行电信公司的竞争压力驱动。 综上所述,现代宽带接入技术多种多样,再次,本文只介绍主要的几种宽带接入技术。 2.主流有线宽带接入技术 现在,许多电信运营商的城域网大多是由IP城域网与城域传送网所组成的,其主要用来解决专线、基站、TDM电路等业务。下面具体分析以上所提到的几种主流有线接入技术。 2.1 SDH/MSTP技术 所谓的SDH/MSTP光纤接入,就是主要以“SDH/MSTP 155Mb/s设备+光纤”的模式对大客户进行专线接入。MSTP是在SDH技术对传输数据业务的基础上为宽带接入提供保护更好的恢复保护能力和很短的延时功能,同时MSTP实现为第二层和第三层的数据交换提供可靠支持,以构成宽带接入技术的业务层和传送层一体化。这种SDH/MSTP光纤接入具体有以下的几点优势: 1)SDH/MSTP光纤接入提供不同的物理接口,满足更多新业务更加快捷的接入。 2)在现有SDH传输网络的基础上,能较好地兼容现有宽带接入技术,降低成本投入。 3)MSTP可以采用VC虚级联接技术,能更好利用带宽对了较小颗粒的进行带宽管理。 4)MSTP技术支持多种组网方式,例如星型、多环切接等,能有效地提高网络的扩展性能。 5)MSTP利用LCAS技术,在数据流不中断的情况下,能够保证动态地对虚级联的个数进行快速调整。 6)宽带网络的传输也变得更加可靠,且其自动保护恢复功能更加凸显。 但是,SDH/MSTP光纤接入也存在缺点,例如其带宽可重复利用率很低、提供大带宽时所需要的成本很高等。但从整体上来说,MSTP技术可以提供多种的接口类型,不同业务处理能力以及安全可靠的网络性能基本上能够满足现在构建城域网所需要的业务。可以在等到这种接入方式为运营商在取得运营回报之后,可以对网络做进一步的优化升级。 图2-1 MSTP组网结构图 在政府部门这种场合的应用,如OA系统、办公视频会议等,其对带宽要求不高,但其对网络的安全可靠性要求很高,就能使用现的MSTP网络进行构建,可以节省很多成本。 现在的MSTP主要以以环形为主的组网方式。这种环形的组网方式对用户采用的电源要求很高,应该充分考虑到用户在办公机房电源位置、和电源管理等多方面,也应该考虑到基站不能和集团客户的组环形式,避免其发生故障影响基站业务。而对于分布较为偏远、零散的集团客户不可纳入组环中来,应该采用支链的方式进行接入。 2.2 无源光网络(xPON)接入技术 现在宽带视频及数据业务也得了迅速发展,用户开始对网络带宽和传输的稳定性的需求日益高涨,FTTH也将成为未来宽带接入技术的发展方向。 PON所采用的技术主要包含A/BPON、EPON和GPON三种,其中A/BPON现在基本被淘汰,PON重点的发展对象是EPON和GPON技术,由于这两种技术的协议标准制定组织不同、成熟度等多种因素的制约,而导致其分别发展。但对于今天的电信行业的运营商来说,GPON更具有竞争力,其主要表现在带宽和投资回报率等优势。 GPON技术被称为“用户最后一公里”的光纤接入技术,在光分支点出不需要采用有源节点设备,只是在靠近用户使用处安装无源光的分路器,这样具备了很多优点,例如,节省光纤资源、节省机房投资成本,维护成本低,带宽资源共享等多种方面,成为FTTH宽带接入技术的最佳选择。 图2-2 PON的组图结构图 GPON部署网络的投资回报率相对于EPON来说,其得到了极大的增加。在相同的成本基础上,GPON很轻松的支持更高的带宽可用率(高达93%)、提供更大的可用带宽(最低可达2.3bps)以及更多的用户数(支持1:64的分光比)。现在,EPON多用于纯以太网业务,其成熟度较高、成本也较低;而GPON更适合于要求更高的业务承,如TDM/IP共存等,但是GPON的成熟度和成本方面与EPON的差距慢慢变小。GPON系统可以更加适合于家庭、集团用户的宽带接入业务。 2.3 分组传送网(PTN) 与传统的以太网相比,传统SDH/MSTP网络的端到端的OAM管理能力在PTN这里得到了非常好的继承,并且PTN可根据不同的QOS的机制,提供差异化服务,在很大传统补充了以太网的缺点。 图2-3 中小城域网PTN的组图结构图 本文根据网络规模的不同,分为中小型城域网和大型城域网两种模型的组网方式。 1)中小型诚域网模型:如图2-3所示,其采用核心层、汇聚层、接入层这三层进行分组化。在现阶段其核心层和汇聚层应该采用10GE组网设备,而接入层应该采用GE型号设备进行组网。 2)大中型城域网构网模型:其也采用核心层、汇聚层、接入层这三层进行分组化。现阶段其核心层采用WDM光纤与分组化结合的组网,而汇聚和接入层采用分组化结构组网。 就目前的发展来看,解决宽带接入的最有效的办法是光纤宽带接入。但是不同的光纤宽带接入技术都有自己的技术特点,而且需要最佳的使用场合和时机。 综上所述,目前应用最为广泛的宽带接入技术是MSTP,技术较为成熟的宽带接入技术是光纤宽带接入技术。而无源光网络PON接入技术凭借其成本、带宽的优势,更加适合住宅小区和普通集团客户。如表2-1所示: 表2-1 GPON与MSTP的比较表 接入技术 GPON接入 MSTP接入 技术特点 全程采取无源,节约了核心层光纤 环形保护功能较好,但不太适合作为接入设备应用 带宽性能 带宽可达2.5G 带宽较低 带宽利用率 带宽统计复用,利用率高 虚级联固定占用带宽,利用率低 网络扩展性 容易 不容易 维护难易度 较低, 较高 机房条件 较低 较高,需要上架和占用机房 分光点灵活性 分光器可以灵活放置 不灵活;所有节点必须需考虑供电, 管理方式 集中管理局端和用户端设备 无法管理下带设备 全程无源 支持 不支持 建设成本 低 高 随着PTN宽带接入技术的不断成熟运用,使用PTN来代替MSTP,可以更好地为集团客户服务。各大经营商应该有效地采用不同的技术来满足客户不同的需求,才能更好地适应市场激烈的竞争、使得利润最大化。 3.无线宽带接入技术 现代的无线宽带接入技术主要包含无线局域网和无线城域网两大技术。但从现在的市场和业务定位看来,宽带无线接入将会和移动蜂窝网会出现重叠和竞争。 虽然Wi—Fi、WiMAX、McWiLL和3G这些都是宽带无线技术,但是它们存在很大差异。如表3-1所示: 表3-1 宽带无线技术指标对比 Wi-Fi WiMAX McWill 3G增强型(HSDPA)技术 传输速率(Mbit/s) 11~54 15 15 14.4 覆盖范围(km) 0.05~0.3 城区:2~3 开阔地区:几十公里 城区:2~3 开阔地区:5~20 城区:2~3 开阔地区:几十公里 信道带宽(MHz) 20 5 5 5 移动性(km/h) - 120 100 350(高速移动) 通过表3-1对比,我们不难看出传输速率方面Wi—Fi是很强,但是其在覆盖范围方面比较差;而在移动性方面3G技术则表现最为突出。 就目前市场的需求来看,各种的无线技术都有自身的优缺点,对于未来发展方向应该有所侧重。但是总体来看,宽带无线接人技术正在朝着两个方向发展:移动化和宽带化。例如,Wi—Fi在移动性和覆盖范围这些方面表现的较差,因此,其应该扬长避短,通过不断加大自身懂得传输速率以保持自己竞争优势;而WiMAX、McWiLL虽然在诸多方面与Wi—Fi和3G都不能突出太过明显的优势,则应该兼顾宽带化和移动化的共同发展。 现在无线宽带接入技术的不断升级和市场需求的增长,不同的无线宽带接入技术都需要不断地区扩大自己业务。例如,Wi—Fi在传统市场上是只支持的终笔记本这类产品,也应当逐步向手机和平板电脑这块电子产品应用领域发展,尤其不断的发挥自己传输性能较强这一优速,充分在“无线城市”领域发挥作用;而3G增强型(HSDPA)技术将立在3G在手机终端领域的基础上,发挥自己传统的移动性能优势,逐步从车速移动领域高速移动领域发展。 3.1 标准成熟度 目前,在标准成熟度方面只有3G增强型(HSDPA)技术、Wi—Fi标准技术相对来说比较成熟,都已经形成了自己完善的标准体系;WiMAX标准的制定相对3G增强型(HSDPA)技术、Wi—Fi标准比较落后,于2004年才开始正式推出802.16d为标准。现在,下一代的WiMAX标准802.16m是按照ITU—RIMT—Advanced的要求进行制定的,现在也得到了启动;但是McWiLL标准至今未进行制定,还处于企业标准的运行阶段。 3.2 商用化成熟度 全球应用的范围最广的无线宽带接入技术是Wi—Fi,其商用化程度很成熟。Wi—Fi的热点已经遍布全球,替代了固有的局域网。近年来,Wi—Fi技术已经开展了话音业务。目前,Wi—Fi领域的热点主要是VoWLAN和“无线城市”等。 到2007年上半年,在全球将近有600多个城市已经建设了“无线城市”,如图4全球“无线城市”分布比例图所示,72%的“无线城市”建立在美国、欧洲和亚太,也有部分发展中国家的“无线城市”也开始建立了“无线城市”。 图3-1 全球“无线城市”分布比例图 3G增强型(HSDPA)技术仅次于Wi—Fi,现在也步入全球规模的发展时期。从2006年开始,HSDPA商用网络开始步入大规模发展时期,现在全球正在进入一个3G网络时代。到2013年6月底,全球共构建有324张HSDPA商用网络,占有85%全球WCDMA网络。 从商用部署的角度来看,现在WiMAX已在全球70多个国家的270多个运营商的网络上进行多方位测试。其市场规模相对来说比较小,大多数集中在欧美地区。因为对移动WiMAX的设备认证还进行,其相应的移动WiMAX设备尚且不可以批量上市,也还没有得到真正的规模商用的原因。 McWiLL现在还处于企业私有技术,不必和其他厂家进行互通测试,所以其商用化进展速度很快。在2007年的时候,McWiLR5版本设备就完成了商用化进程,McWiLL系统设备和终端都进入规模商用阶段。而且在国内外许多应用领域都得到了推广应用。 4. 有线、无线接入技术比较分析 有线接入系统由主干系统和配线系统两大部分组成,主干系统将多路用户信息复用在传输线路上完成传送功能。并通过配线系统将用户终端接入到主干线上,完成用户信息的接收与发送。 无线接入技术RIT(radio interface technologies) 无线接入技术(也称空中接口)是无线通信的重要问题。它是指通过无线介质将网络节点与用户终端连接起来,以实现网络间与用户的信息传递。无线信道传输的信号应遵循一定的协议,这些协议即构成无线接入技术的主要内容。无线接入技术与有线接入技术的一个重要区别在于可以向用户提供移动接入业务。无线接入网是指部分或全部采用无线电波这一传输媒质连接用户与交换中心的一种接入技术。在通信网中,无线接入系统的定位:是本地通信网的一部分,是本地有线通信网的延伸、补充和临时应急系统。 4.1 空间设置 在成本和工程周期方面:由于有线宽带必须需要架设电缆,通常使用挖掘电缆沟、架设架空明线等施工手段;而无线宽带则不需要诸多复杂的施工手段,其只要在不同的范围内建立发射基站即可,其开通速度快。综上比较,无线宽带的无论在时间和成本上是最为合算的。 在地势影响方面:有线宽带必须因地制宜,不能任意铺设,如遇到山、河等复杂地理环境时候,要充分考虑架设的安全性等;而对无线宽带技术来说,正是其覆盖范围大,基本上不受地理环境的制约。 4.2 传输质量 通常我们所使用的有线宽带的传输网络质量会随着线路的分节而急剧下降,例如,在线路中间设立电话转接局,那么信号质量下降会更快,一般在到4.5公里左右的时候,已经就不能传输高速率的网络信号,所产生的误码率也会变高;而对于无线宽带接入这种方式,在50公里左右的范围内基本不会有影响,可以很好地提供11M以内的网络信号传输速率,误码率极小。 4.3 灵活性能 在很多方面,无线宽带接入技术都优先于有限宽带接入技术。例如,对于有线宽带接入的架设,除电信部门之外,其它个人或政府单位无权在城区内进行挖沟铺设通信系统电缆;但是,对于无线通信这种快捷方式就能依据客户需求进行灵活的定制专网。 4.4 故障排查 在宽带故障排查方面:有线宽带的维护就需工人对沿线路进行一一检查,一旦出现故障,通常很难快速找出故障点;而对于无线通信来说,只需维护基站的扩频电台,即使出现故障时,其也能通过基站电台快速找出故障原因,恢复宽带线路的正常运行。 在临时、应急通信方面:对于建设宽带线路时通常要做备份应急,而且主备通道一般都是有线线路,往往会存在诸多的相关故障点。如果其中一条有线线路中断,那么其余线路也很可能受到外界因素的制约而中断,例如配线架损坏、转接局断电等因素。那么有线宽带线路就可以利用无线宽带进行扩频备份,一旦线线路出现中断状况时,就立即将通信链路转接至无线链路上,就能保障通信线路的畅通。 因此,我们不难得出无线宽带在临时、应急、抗灾等情况的发生时,可以起到很大的作用,而有线宽带的恢复就需要较长的时间了。 4.5 安全性能 由于现在我们所使用的无线扩频通信本身就是起源于军事上的防窃听技术,所以在很大程度上已经对其安全性能有着严密的保护作用;而有线链路沿线均机会被不法分子进行搭线窃听或破坏等。 综上所述,无线通信在空间设置、传输质量、灵活性能、故障排查和安全性能等诸多方面优越于传统的有线宽带方式。当然,无论是哪种的宽带接入方式都应该做到因地制宜。 5. 广电有线宽带接入案例 有线电视网络是广播电视舆论宣传的传输主渠道,是通达千家万户最普及的信息工具和最便捷的信息载体,是我国广播电视、文化、信息产业的重要组成部分。面对云计算、大数据、移动互联网和智能终端等新一代信息技术快速发展的新形势以及三网融合和行业转型发展的新格局,广电有线网络行业以科技进步和体制改革为动力,以下一代广播电视网(NGB)创新战略引领实践和发展,在支撑传统媒体与新媒体融合发展、拓展信息和全业务服务方面进行了一系列新探索,在实现广电有线网络双向化、宽带化,进一步提高业务聚合能力、优质音视频传播能力、全业务运营能力和智能化服务水平方面取得了新突破。 5.1 广电有线宽带接入网络现状及存在问题 广电有线宽带是在传统的有线电视网络下,经双向网改造后,使用HFC网络开展Internet、IP,多媒体等双向业务。广电宽带充分利用了有线电视网络资源,投资少,成本低,能快速抢占市场,对公司的发展起着关键作用,但因市场营销策略方面存在一定问题,影响着宽带服务的发展。在宽带业务的发展中,品牌策略一直是形成业务的重要环节,对业务的发展起着至关重要的作用,在有线宽带业务实际应用过程中,存在着对宣传、认识度不够的现象,对产品的品牌缺乏完整清晰的认识。在从前的宣传中,有线宽带被冠以:广电宽带、有线通、有线宽带等品牌,不断变化的品牌名称让消费者难以识别、品牌定位模糊不清,难以起到有效的营销效果。 5.2 宽带接入网络优化方案 以云计算和大数据为基础,以开放性和标准化降低SP、CP、进入门槛,提高业务部署力和上下线效率。将OTT的内容优势与DVB的高带宽、高清晰度优势运用在一起。根据用户终端的网络及解码性能可自动向多网、多屏分发不同带宽的码流,向手机、Pad、电视机 及PC 多种终端提供平滑连续的服务,满足用户移动化、碎片化的观看需求。降低系统优化改造、升级成本,加快传统广电有线电视由单纯的媒介向媒介+媒体的转变。 大力推进高清电视、超高清电视和3D 电视的普及。在宽带中国战略下,光纤入户得以加快,广电有线网络的多频道DVB 高清直播、点播及有线内网IP的高质量传输,在一段时间内将持续保持领先优势。广电有线网络加快高清化的普和推广,积极跟进4K发展,带给了高清电视用户的快速增长和对高清节目内容的相应增加,形成了广播电视行业新的发展点。 以IP 通信技术实现多屏互动,为用户提供“电视无处不在”的视频服务。在高清互动或智能终端上利用高频头实现多路直播视频的转换码,通过独立网关、电视路由器的WiFi 推流功能,向手机、Pad 及PC 提供视频业务。 网络虚拟化技术应用加快。随着虚拟化技术的逐步普及,越来越多的广电有线网络数据中心运用存储虚拟化、服务器虚拟化、和网络设备的虚拟化建设,广电宽带骨干网、城域网、接入网应用网络虚拟化的技术组网结构,而提高资源的利用效率和管理能力。 利用先进光纤通信,加快智能化建设步伐。骨干网方面,随着有线网络业务的IP 化、高清点播业务的开展和广电宽带用户的增加,大多省干网业务负载压力成倍增长,绝大多的广电网络选择100GOTN 大容量传输技术构建骨干网。城域网方面,在大城市广电有线宽带城域网中开始规模化应用T 比特路由交换技术。接入网方面,已引入软件定义网络(SDN)/ 网络功能虚拟化技术(NFV),可优化接入网运维,灵活部署新的OLT 或CMTS 集成IPQAM(CCAP 有线电视融合接入平台),光站集成C-DOCSIS 的设备开始有成型物品和实际运用。 加快双向网络建设改造,大力发展宽带类业务。技术上,DOCSIS 和EPON+EoC 是主流,2014 年EPON+EoC 首次超越DOSIS 成为使用范围最广的技术方案。业务上,宽带成为广电有线网络主攻业务,数字家庭和智慧城市成为广电有线网络创新业务发展方向。 总结 只有向用户提供更有吸引力、更丰富的应用和内容,不断满足用户的要求,提升宽带的价值,才能让更多的用户步入宽带互联网时代,从而让互联网产业发展步入良性循环。也就是说,应用及业务是宽带发展的关键,而宽带接入技术的快速发展使高质量地传送这些高带宽的业务和应用成为现实,宽带接入网是宽带发展的基石。当宽带业务并应用和宽带接入技术及网络指标能够形成良性互动时,我国宽带市场必将迎来一轮比一轮热、一浪比一浪高的发展高潮。 参考文献 [1]王宜春.本地网SDH中继传输系统拓扑类型的选择[J].电信技术,1998(04). 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